教学设计对儿童高阶思维发展的重要性

江苏省南京市雨花台区实验小学 张 熙

当今世界科学发现与技术创新不断涌现，为人类在更大范围，更深层次上认识并合理利用自然提供了可能。科学技术推动了生产力的发展、经济的繁荣和社会的进步，促进了人们的生产方式、生活方式和思维方式的变革。科学技术的快速发展，对每一位公民的科学素养提出了新的要求。现代学校教育诞生以来，课堂教学是以知识为本位的，教师往往围绕着教材上的内容对学生进行“灌输”或“填鸭”，学习方式以死记硬背为主，课堂教学大多徘徊在低阶思维水平。高阶思维不是教师教出来的，而是学生自己学出来的，只有把教师灌输填鸭式的教学转化为学生通过自我建构、深度学习，才会发生高阶思维。所以为适应信息化、智能化社会的需要，应对现有的基础教学形式进行变革，培养学生的高阶思维。

一、低阶思维——搭建高阶思维的脚手架

探究活动是学生学习科学的重要方式，小学科学课程把探究活动作为学生学习科学的重要方式，强调从学生熟悉的日常生活出发，通过学生亲身经历、动手实践，了解科学探究的具体方法和基本的科学知识，发现和提出生活实际中的简单科学问题，并尝试用科学方法和科学知识来解决，在实践中体验和积累认知世界的经验，提高科学能力，培养科学态度。

以四年级《弹力》一课为例，教师给学生准备了海绵、泡沫、弹簧、弹力带和PVC 管这些材料，学生尝试用不同的方法改变它们的形状。此时学生的发散性思维被激发，尝试用更多方法对物体施加力。教师再引导学生观察物体受力后和撤去外力后的变化，引导学生归纳出“弹性”的概念，构建低阶思维。

安德森的《学习教学和评估的分类学》将认知目标划分为“知识”和“认知过程”两个维度，“知识”维度除了包含原有分类学中的事实性知识、概念性知识和程序性知识外新增了元认知知识；“认知过程”维度分为记忆、理解、应用、分析、评价和创造。之后的马扎诺等教育学者也提出了类似的研究成果，为中小学的课堂教学改革提供了强大的理论支持。学生的低阶思维就是从“知识”“认知目标”出发，凭借以往的学习和生活经验为脚手架，为高阶思维的建构提供可能。

二、设计——让高阶思维真正产生

教学设计时要从“目标设计、结构设计、活动设计和细节设计”四个层级进行深入的思考。在目标设计时不仅要关注概念目标，还要在概念学习中渗透探究能力的训练以及科学态度的培养。在结构设计上要关注学生的认知逻辑，在进行活动设计时要仔细分析学生的探究历程，选择合适的教学策略。而课堂细节更要仔细推敲，一个小小的实验改进，一个问题换一种问法都会起到意想不到的效果。学生通过实验，发现了弹力产生的条件，教师引导学生思考是否所有的材料都是有弹性的并加以证明。此时学生的高阶思维得以启发萌动，但有限的生活经验又不足以支撑其想法，教师引入仅靠学生不易使其变形的材料供学生思考，再通过不断加长加宽材料，唤起学生深层思维，最终得出“所有物体都能产生弹力”这一概念。

沿着“知识”维度“认知系统→元认知系统→自我系统”路径对教材中的知识等级进行深度研发。随着学习的深入，进而在“认知过程”维度开展“分析、评价和创造”等思维活动，推动学生高阶思维的发展。

三、探究——让高阶思维真正落地

根据学生不断探究形成的对“弹力”的认识，进而引导学生继续“研究拉力与弹簧拉伸长度之间的关系”，从猜想、预测实验结果、设计实验，到得出结论、验证实验猜想，形成一个比较完整的科学探究过程，培养学生设计实验的能力、动手操作能力和分析归纳能力。四年级的学生处于小学中年段，通过一到三年级科学课的锻炼已经初步具备了基本的科学思维能力和科学学习习惯，继续培养学生更为严谨的科学思维和实验探究能力，将有利于高年段甚至将来更好的学习和发展。

在四年级《弹力》一课的最后一个环节，教师引导学生思考通过实验发现物体发生形变的程度除了与物体本身的状态有很大的关系外，还有什么因素会影响物体的形变程度。学生根据先前的实验探究过程很容易能发现物体的形变还与外界施加的力的大小有关，但具体有什么样的关系，又如何去验证，教师怎样设计教具让学生直观地发现这一规律，这些问题是教师需要深入思考并用心设计的。

例如：教师利用实验室常见的带指针的弹簧进行实验单的设计，这类弹簧在小学生的实验中只能做定性的研究，若想进行定量的研究，弹簧自身条件是不满足“胡克定律”的。因此教师将实验单设计在一块白板上，将带指针的弹簧通过调整长度以符合“胡克定律”的要求，再将其穿在木棍上，木棍两端固定在白板上端制成滑轨，此方法比真正的滑轨方便实惠。实验单上间隔相同的距离标上竖直的线段，以限定弹簧移动的距离，并在线段下方标记数字，数字对应钩码的数量。不挂钩码时，弹簧移动到“0”刻度线处，用红笔标记此时指针的位置，作为起始位置。通过改变钩码数量，观察弹簧拉伸长度的变化，并用红笔标记在实验单上。学生通过记录实验结果就能获得一张“拉力大小与弹簧拉伸长度的关系”的实验单，只需要用直尺将每个红色标记连起来，就能发现拉力大小与弹簧拉伸长度之间的线性关系。教师根据学生的实验单再引入“胡克定律”的发现历程，让学生认识到只要运用科学的探究方法，不断发问并尝试用不同的方法解答疑问，就能够像科学家那样去思考和发现。

四、结语

（一）动手实验唤起旧知，激发学生学习兴趣

通过学生动手探究，观察当注射器口被堵住时，拉开的活塞在推回去的过程中被压缩的空气弹回来这一现象，引导学生思考“活塞为什么会被弹回来”，唤起学生已有的认知经验，激发学生兴趣，鼓励学生用学过的知识解释新的问题。顺利引入本课课题并激发学生继续探究的欲望。

（二）精心挑选实验材料，培养学生发散思维

教师给学生准备的材料中，大部分是能够发生明显形变的，教师鼓励学生用多种方法进行尝试，从多个角度尝试对物体施加外力，激发学生的发散性思维，培养学生积极探究的兴趣及动手能力。通过师生问答、学生汇报和生生评价的活动，归纳出物体具有弹性的特征及弹力产生的条件。但笔者准备的14cm 长的PVC 管在受力后无法明显观察到与其他材料相同的现象，为第三环节“探究微小形变”埋下伏笔。

（三）尊重学生提出质疑，顺势引导突破难点

本环节是对课本中第二环节的补充，学生通过不同的材料感受到物体的弹性后，总结出“受到外力后发生形变，撤去外力后恢复原状的物体具有弹性”这一概念。但PVC 管这种较硬的材料，对于这个年龄段的孩子来说，还无法使其发生明显的形变，势必有学生提出质疑，认为较硬的物体没有弹性。此时，我们可以通过设计三种不同长度的PVC 管实验，将较硬物体的形变进行放大，让学生理解“微小形变”的存在，认识到物体受到外力后都能发生形变，但有些形变是肉眼无法直接观察到的。培养学生严谨的科学态度和尊重实验结果的精神。

（四）巧妙设计实验器材，学以致用回归本质

最后一个环节的实验器材是笔者将弹簧通过滑轨的方式与实验单结合进行的创新设计，相当于将弹簧测力计的工作原理放大，让学生能非常直观地观察到拉力每增加相同的大小，弹簧就拉伸相同的长度。用红笔在实验单上标记指针所在的位置，能让实验结果更明显，更有利于学生间的交流评价。将学生通过实验发现的规律与科学家的发现联系起来，让学生体会到科学探究的乐趣和价值，在学生的心中埋下了成为科学家的种子。最后将本节课发现的规律运用到实际生活中，真正体现了知识来源于生活更服务于生活的教育理念。